超滤膜分离的基本原理

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超滤膜分离的基本原理范文第1篇

    1前言

    超滤膜技术是一种能够将溶液进行净化、分离或者浓缩的膜透过分离技术,介于微滤和纳滤之间。超滤膜是悬浮颗粒及胶体物质的有效屏障, 同时超滤膜也可以实现对“两虫、藻类、细菌、病毒和水生生物的有效去除,从而达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。与传统工艺相比,超滤膜技术在水处理方面具有能耗低、操作压力低、分离效率高、通量大及可回收有用物质等优点,广泛应用于饮用水净化、生活污水回收、含油废水、纸浆废水、海水淡化等水处理中。在此,本文就超滤膜技术在环境工程水处理中的应用展开简要阐述,以供参考。

    2 超滤膜技术的基本原理及特点 

    2.1超滤膜技术的基本原理

    超滤(Ultra Filtration,简称UF)是溶液在压力作用下,溶剂与部分低分子量溶质穿过膜上微孔到达膜的另一侧,而高分子溶质或其他乳化胶束团被截留,实现从溶液中分离的目的。其截留机理主要是筛分作用,但有时膜表面的化学特性(膜的静电作用)也起着截留作用。超滤分离时是在对料液施加一定压力后,高分子物质、胶体物质因膜表面及微孔的一次吸附,在孔内被阻塞而截留及膜表面的机械筛分作用等三种方式被超滤膜阻止,而水、无机盐及低分子物质透过膜。

    超滤膜技术截留分子量的定义域为500-500000左右,对应孔径约为0.002-0.1μm,操作静压差一般为0.1-0.5MPa,被分离组分的直径约为0.005-10μm。

    2.2 超滤膜技术的特点

    1.对杂质的去除效率高,产水水质大大好于传统方法。

    2.彻底消除或者大大减少化学药剂的使用,避免二次污染。

    3.系统易于自动化,可靠性高。运行简易,设施只有开启,关闭两档。

    4.具有良好的化学稳定性,有耐酸、耐碱以及耐水解的性能,能广泛应用于各种领域。

    5.耐热温度可达到140℃,可采用超高温的蒸汽和环氧乙烷杀菌消毒;能在较宽的PH范围内使用,可以在强酸和强碱和各种有机溶剂条件下使用。

    6.过滤精度高,能有效滤除水中99.99%的胶体、细菌、悬浮物等有害物质。

    7.与常规水处理系统费用相当生活污水经过超滤使处理水质变好从而进行回用,而工业废水中由于一般技术不能达标,采用超滤技术能充分处理废水。

    3 超滤膜技术在水处理中的应用

    3.1 饮用水净化

    当前,随着我国水污染问题的日益严重,我国出现了新的水质问题,如贾第虫和隐孢子虫(两虫)问题、水蚤及红虫问题、藻类污染加剧及臭味和藻毒素问题、水的生物稳定性问题等。而将超滤膜技术应用于饮用水的净化时,其可去除水中包括水蚤、藻类、原生动物、细菌甚至病毒在内的微生物,对水中的致病微生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮等都有较好的处理效果,能满足人们对水质的要求。

    如,张艳等[2]以混凝沉淀为预处理方法,通过中试试验,对浸没式超滤膜处理东江水的最佳运行方式进行了研究,该工艺通过对水中的致病微生物、浊质、天然有机物、有毒有害微量有机污染物、氨氮、重金属等设置多级屏障,可以使其含量得到逐级削减,最后得到优质饮用水。    3.2造纸废水的处理

    超滤膜技术应用于造纸废水中,主要是对某些成分进行浓缩并回收,而透过的水又重新返回工艺中使用。一般,造纸废水膜分离技术研究主要包括:回收副产品,发展木素综合利用;制浆废液的预浓缩;去除漂白废水中的有毒物质等。

    杨友强等[3]研究了超滤法处理造纸磺化化机浆(SCMP)废水及影响超滤的各种因素,结果表明:截留分子量为20000u的聚醚砜(PES200)膜适于处理SCMP废水,清洗后膜的通量可恢复98%。黄丽江等[4]采用0.8μm微滤(MF)与50nm超滤(UF)无机陶瓷膜组合工艺对造纸废水进行了处理,在温度为15℃、压力为0.1MPa的操作条件下,0.8μm膜对COD的去除率为30%~45%,50nm膜对COD的去除率为55%~70%。

    3.3含油废水的处理

    含油废水存在的状态分三种:浮油、分散油、乳化油。前两种较容易处理,可采用机械分离、凝聚沉淀、活性炭吸附等技术处理,使油分降到很低。但乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物,油分以微米级大小的离子存在于水中,重力分离和粗粒化法都比较困难,而采用超滤膜技术,它使水和低分子有机物透过膜,在除油的同时去除COD及BOD,从而实现油水分离。

    如,油田含油废水中通常油量为100~1000mg/L,超过国家排放标准(<10mg/L),故排放前采用先进的高效衡压浅层气浮技术和中空纤维膜分离技术进行了分离,在操作压力为0.1MPa、污水温度40℃时,膜的透水速度可达60~120L/(m2·h),出水中含油量为痕迹,悬浮物固体含量平均值为 0. 32mg/ L,悬浮物粒径中值平均值为 0. 82μm,完全达到了特低渗透油田回注水的水质标准。

    3.4城市污水回用

    城市污水是一种重要的水资源,国外早已开始广泛英语膜法进行城市污水回用,随着我国水污染问题的愈发严重,将超滤膜技术应用于城市污水回用,也日渐引起了人们的关注。如,汤凡敏等[5]利用 CASS 与超滤膜组合工艺处理小区生活污水,当水力停留时间为12h、CODCr浓度在215~ 677 mg/ L 之间时,该工艺出水 CODCr稳定在30 mg/ L 左右;NH3-N 浓度为 22.2~ 41.2 mg/ L时,出水NH3-N 最低可达0. 2 mg/ L,去除率达到90%以上,出水pH 值在 7.26~7.89 之间,出水浊度小于 0. 5,出水水质优于回用水标准,可直接回用。

    3.5海水淡化

超滤膜分离的基本原理范文第2篇

关键词：无机膜;分离;应用

无机膜是指以金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等无机材料制成的半透膜，常用的材料有Al2O3、TiO2、SiO2、C、SiC等。无机膜基本分类为：一是从表层孔结构上可以分为致密膜和多孔膜两大类，其中多孔陶瓷膜应用较为成熟和广泛。二是按照制膜材料，可以分为陶瓷膜、金属膜、合金膜、高分子金属络合物膜、分子筛复合膜、沸石膜和玻璃膜等。三是按照结构中有无担体的特点，可以分为非担载膜和担载膜。四是按膜孔径和应用场合可分为微滤膜和超滤膜等。与有机膜相比，无机膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱、抗微生物侵蚀，刚性及机械强度好，孔径均匀、孔径分布范围窄，不老化、寿命长等优点，可以满足更高的使用要求。加之近十年来生物、医药化工、食品等行业的发展，促进了无机膜的发展。因此，无机膜受到世界各国的关注，它的研究与应用已成为当代膜科学技术领域中的重要组成部分。[1]

一、基本原理

（1）无机膜中气体传递特性与分离模型。膜法气体分离的基本原理是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离目的。对不同结构的膜，气体通过膜的传递扩散方式不同，因而分离机理也各异。气体通过无机膜的分离依赖于气体在膜中的传递特性。目前常见的气体通过膜的分离机理有2种，即气体通过多孔膜的微孔扩散机理和气体通过致密膜的溶解――扩散机理。

第一，Knudsen扩散。在微孔直径比气体分子的平均自由程小的情况下，气体分子与孔壁之间的碰撞远多于分子之间的碰撞，此时则发生Knudsen扩散。一般而言，在有压差条件下膜孔径5～10nm，无压差条件下孔径5～50nm时，Knudsen扩散起主导作用。基于Knudsen扩散的气体A和B的通量比，即理论分离因子α为：α=（Fk）A/（FK）B=（MB/MA）1/2。可见，Knudsen扩散是依据分子量的不同而进行气体分离时。分离系数与被分离气体分子量的平方根成反比，在分离H2、He、N2等轻分子时具有较高的分离系数，但随着温度的升高，扩散通量会下降。对混合气体通过多孔膜的分离过程，为了获得良好的分离效果，要求混合气体通过多孔膜的传递以分子流为主。基于此，分离过程应尽可能满足下列条件：多孔膜的微孔孔径必须小于混合气体中各组分的平均自由程，气体分子的平均自由程应尽可能小，而温度升高会使气体分子的平均自由程度增大，为此要求混合气体的温度应足够低;在一定条件下，Knudsen扩散速率与压差成正比。因此，膜两侧的压力应尽可能高。

第二，表面扩散。气体分子与膜表面发生化学作用，能被吸附于膜表面，膜孔壁上的吸附分子通过吸附状态的浓度梯度在表面上进行扩散。这一过程中被吸附状态对膜的分离性能有一定的影响。被吸附组分比不吸附组分扩散快，从而导致渗透的差异，达到分离的目的。表面扩散的机理比较复杂，在低表面浓度条件下，纯气体的表面流量可由Fick定律描述：Fs=-ρ（1-ε）μsDsdq/dl。式中：ρ为固体介质的密度，ε为固体介质的孔隙，μs为形状因子，DS为表面扩散系数，dq/dl为表面吸附随膜厚度的变化。由上式可知，增大膜的表面积，减小膜孔径和改善膜的吸附性能可增大表面吸附量和扩散通量。但表面扩散要求膜材料仅对要分离的分子有作用，否则，其他分子会占据表面活性位，从而减小膜表面的有效分离能力，此时需要对膜孔径表面上不希望的活性位用化学处理的方法进行屏蔽或中和。

第三，多层扩散与毛细管冷凝。依据Knudsen扩散和表面扩散的气体分离过程的选择性相对较低，而多层扩散却有可能提高通量和选择性。当孔的量很高，被分离物质在膜表面上发生物理吸附，并在膜孔内发生毛细管冷凝时，它会堵塞孔道而阻止非冷凝组分的渗透。这种情况一般发生在温度接近可冷凝组分的冷凝点，其吸附量可由扩展BET方程求得，而其冷凝压力与温度和孔径的关系可用开尔文方程求得。当一种物质在介质上发生多层吸附水时，会产生多层扩散，这是单层扩散的扩展。多层扩散的扩散通量先随压差增加而增加，若同时发生毛细管冷凝，传质行为将发生改变，此时扩散通量达到最大，之后由于液相传质控制，扩散量急剧下降。

第四，分子筛效应。分子筛是多孔硅铝酸盐（沸石）或非石墨类碳，它们含有分子大小的微孔。分子筛膜分离气体时，气体分子与微孔孔壁的作用非常强，分子大小稍有差异或分子与孔壁的亲和力略有不同，就会导致气体透过膜的速度有很大的区别。分子筛膜就是根据气体分子的大小以及形状来“筛分”分子，因而有很高的分离因子（选择性）和渗透通量。分子筛膜的孔径大小与结构对气体的分离有很大影响。碳分子筛膜经适当高温活化，除去表面上的含氧基团，可使微孔扩大。若继续在更高的温度下煅烧，将导致微孔收缩。因而，对于一定组成的混合气体，可以用热化学的方法调节碳分子筛膜的孔径以达到最优分离。

第五，致密膜的溶解――扩散机理。气体通过致密膜的传递过程一般用溶解扩散机理来描述，不是反应速率控制。此机理假设气体透过膜的过程如下列3步组成：一是气体在膜的上游侧表面吸附溶解，是吸附过程。二是吸附溶解在膜上游侧表面的气体在浓度差的推动力下扩散过膜，是扩散过程。三是膜下游侧表面的气体解吸，是解吸过程。一般说来，气体在膜表面的吸附和解吸过程能较快地达到平衡，而气体在膜内的渗透扩散过程较慢，是气体透过致密膜的速率控制步骤。气体在致密膜内的扩散过程可用Fick定律来描述。气体在致密膜中传递的推动力来自膜上下游侧的压力差、浓度差或电位差等引起化学位差，依据组分在操作条件下相对传递速率的差异而达到分离的目的。另一类用于气体分离的致密膜是固体电解质膜，如经Y2O3稳定话的ZrO2膜（YSZ膜）。当YSZ膜两侧有氧的浓度差时，YSZ膜是仅导氧离子的电导体，它的导电机理是空穴导电。在被Y2O3稳定的ZrO2中，部分Zr4+被Y3+置换，产生一定数目的氧离子晶格空位，即氧离子空穴，而ZrO2属于正方晶系结构，具有大的中心空间。因此，在高温下氧离子有可能经由这些空穴位置穿过晶格。如果有外加电压作推动作用，氧离子就会从YSZ膜的一侧传递导另一侧，调节外加电压就可以控制氧对膜的渗透速率。

（2）无机膜中液体传递特性与分离模型。无机膜技术对液相体系的分离主要是微滤和超滤。其基本原理是在压力差下，利用膜孔的渗透和截留或筛分性质，使不同组分得到分级或分离。产品可以是纯液体或欲回收的组分。工作效率则以渗透通量和渗透选择性为衡量指标，两者均与膜结构、体系性质及操作条件等密切相关，其中膜阻塞即为严重的障碍。另外，膜的表面特性，如荷电或不荷电、憎水或亲水的形式，决定了膜与溶质有强弱不同的相互作用和截留效能，也就对分离产生不同的影响。为了适应分离的要求，可以通过膜的表面修饰来调整膜的结构与性能。

二、无机膜的研究状况

无机膜的研究和应用始于20世纪40年代，早期的陶瓷膜主要应用在核原料铀同位素的分离，在随后近半个世纪中，随着无机膜材料与制备技术的发展，无机膜逐步在饮料行业、水质处理、乳制品等领域得到了应用。20世纪90年代以后，以气体分离和膜分离――反应器组合构件为主的无机膜的研究和应用得到了广泛的关注。无机膜的研究主要集中在以下几方面：膜及膜反应器设计及制备工艺的研究，膜表面改性，膜结构及性能的测试与表征以及应用等方面。

（1）膜设计。膜设计技术包括膜材料和膜结构形态研究，微孔大小与均匀分布的控制方法研究，膜制备技术，特别是膜复合和超薄膜制备技术的研究。

（2）膜的表面改性。由于某些膜随温度等使用条件的变化，膜的孔等结构也随着变化，从而影响膜的热稳定性、选择透过性及催化活性等性能。目前，一般采用掺杂或采用溶液浸渍、吸附或气相沉积等方法将第二组分沉积在第一组分膜的孔内壁或第二组分与第一组分发生化学反应，其反应物粘附在孔内壁，使改性过的膜有更小的孔径和较高的分离系数和催化活性。在无机膜的表面涂上一定的金属，使其表面性质发生变化，在气体分离和膜反应器中得到应用。目前制备的SiO2膜有很好的气体分离特性，但由于室温下SiO2表面的亲水性使它易吸附空气中的水分，使微孔阻塞，而影响分离特性。Renate M.devos等制备一种憎水性的SiO2膜，以改善SiO2膜对水的吸附性，疏水是通过消除SiO2表面的羟基而实现。一种是用化学处理法即用各种硅烷对表面进行处理;另一种方法是热处理。

（3）结构及性能的测试与表征。制备完好致密无缺陷的反渗透膜或对反渗透膜结构性能的测试与表征是当前的热点、难点课题。无机分离膜的过滤分离机理要根据膜类型来定，致密膜的过滤机理一般以溶解――扩散的方式进行，多孔无机膜则根据膜孔的大小而定，当孔径从几十个微米到二个纳米其分离机理将会发生很大的变化，即从湍流（孔径>5μm）粘带流克努森扩散表面扩散毛细管凝聚与分子筛等。但目前这些机理还不完善，仍处在发展和完善之中。

（4）膜反应器的设计。包括根据不同催化反应体系和膜分离性能的要求，设计高效、适用膜反应器;着眼于反应器结构型式的研究;并流或逆流操作过程解析;反应与分离部分的浓度和温度梯度解析等传热传质工程方面的研究，以达到膜分离――催化过程的最优化设计。

三、无机膜的应用

无机膜的应用主要涉及液相分离、气体分离和膜反应器三个方面。其中在液体分离的微滤和超滤膜中，使用最多的是陶瓷膜，约占分离膜的80%左右。

（1）在饮用水净化中的应用。陶瓷微滤膜和超滤膜处理地表水制备饮用水已在欧洲应用多年，自1984年，法国就开始用陶瓷膜进行工业规模的饮用水生产。英国Fairey工业陶瓷有限公司、瑞士Katadyn等使用陶瓷滤芯用于饮用水净化的历史悠长。隋贤栋等人采用硅藻土梯度陶瓷微滤膜对自来水的净化进行了研究，结果表明，平均孔径为0.15μm的梯度陶瓷膜，可100%滤除水中的大肠杆菌、沙门氏菌、金葡萄球菌和霉菌等致病病菌以及铁锈、红虫和各种悬浮微粒。通过简单的机械清刷，通量可完全恢复，无膜的深层污染和孔隙堵塞，可有效地防止净水的再次污染。一个254mm的标准滤芯可净化普通自来水50m3以上。

（2）在废水处理中的应用。目前，无机膜主要用于含油废水、化工及石化废水、造纸和纺织废水、生活污水及放射性废水的处理。王怀林等人采用0.8μm氧化铝膜和0.2μm氧化锆膜对油田含油废水进行处理，取得了较好的结果;黄肖容等利用离心方法制备了梯度氧化铝膜管，用之净化生活污水，孔径为0.1～0.35μm的氧化铝膜管对生活污水的BODCr的去除率达83%，CODCr的去除率达67%，大于0.1μm固体悬浮物的去除率100%。Lahiere和Goodboy用孔径为0.2～0.8μm的氧化铝膜处理含15～500mg/L芳香和石蜡油废水，膜面流速达4.6m/s，通量为1250～1540L/（m2・h），并较好地解决了膜污染及膜清洗等问题。Jonsson和Petersson采用0.2μm氧化锆膜处理造纸废水，通量为15～1300L/（m2・h），COD去除率为25%～45%。Cumming和Turner采用孔径为2μm的氧化锆膜和0.2μm氧化铝膜处理低放射性废水，取得了较好的效果。

（3）在气体分离方面的应用。近年来出现的离子电子混合导体致密膜和具有分子筛分功能的多孔膜展现出良好的发展前景。Huang等以Pd/Al2O3复合膜分离H2/N2，结果表明具有很高的分离系数。Lin等用Pd膜分离H2/N2体系，H2的渗透速率为（2.62～6.11）×10-6m3/（m2・s・Pa0.5），分离系数为200～1400，透过气中氢气的纯度可达99.6%，氢气的回收率为90%。Tong等利用MFI型沸石分子筛在室温常压下分离H2/烃类的多组分气体混合物，氢气的渗透通量几乎为，烃类组分的渗透通量达2.4×10-4mol/（m2・s）。此外，无机膜在原料气脱湿、有机溶剂回收以及强腐蚀性气体干燥等方面，也取得了较好的分离效果。

（4）渗透汽化和膜催化技术中的应用。汤斌等考察了酒精发酵液中组成对硅沸石膜进行渗透汽化分离特性的影响，认为有机高分子化合物及无机盐可改变溶液的相平衡和溶液的化学位，从而提高酒精的渗透汽化分离效果。美国能源部从90年代初即开始支持以离子与电子混合导体膜的膜催化反应研究，在甲烷转化合成气的研究中取得重要的进展，其甲烷转化率大于99%。

（5）在食品和生物化工中的应用。无机膜用于牛奶、果酒、果汁、饮料、白酒、啤酒、饮用水等的除菌过滤，效果十分显著;陶瓷膜在生物化工领域的应用研究是近期的热点之一，涉及领域包括细胞脱除、无菌水生产以及低分子有机物的澄清和生物膜反应器。

（6）无机催化膜反应器的主要应用。目前，无机催化膜反应器基本上集中应用于脱氢、加氢和氧化反应。脱氢、加氢等涉及氢传递的膜反应器，多采用选择渗透性的金属钯膜或钯合金膜，也有用多孔膜（如γ-Al2O3膜、分子筛膜等）以获得高的渗透通量。用于氧化反应过程中无机膜催化膜反应器的研究，大部分围绕稳定的氧化锆膜（YSZ膜）和金属银膜，应用多孔膜及钙铁矿型致密膜的研究也取得了一定得成果。此外，在化工、石油化工等工业中，传统的过滤技术很难满足产品和原料液的纯度要求，无机膜优异的材料性能和高精度的分离性能使其成为苛刻条件下精密过滤的技术之一。

四、展望

作为一种新型膜分离技术，无机膜在很短的时间里迅速发展，在许多重要分离领域中显示了其独特的操作特性。其优良性能已经被众多的研究者和使用者所认识，在今后很长一段时间内，膜功能集成化是一个重要的发展方向。在工程实践中，由于反应条件、应用场合等千差万别，特别是膜元件作为反应器的核心部件，在理论和实践等方面尚有许多问题需进一步研究，如再生性能好的无机膜的制备;高温下设备的密封问题;高温结碳对膜的污染问题;反应过程的模拟技术和催化剂的固定问题等。随着膜材料及制备技术的发展，膜反应器必将会越来越广泛地应用到化工、环保、生物、和食品等工业领域。

参考文献：

[1] 刘阳，曾芝芳，陈虎，等.无机膜的研究进展及应用[J].中国陶瓷工业，2000，7（4）：25-30.

超滤膜分离的基本原理范文第3篇

【关键词】垃圾渗滤液；MBR；NF；RO

垃圾渗滤液是当今世界上公认难处理、污染严重、物理和化学性质复杂的高浓度污染废水[1]。垃圾渗滤液的处理是城市环境综合治理的重要组成部分，有助于改善城市的自身环境，提高居民生活质量的需要，促进城市经济的发展、社会和城市的建设，环境保护事业的可持续发展。

1 垃圾渗滤液处理的来源和特点

垃圾渗滤液中污染物主要有以下三个来源[2]：垃圾本身含有的大量可溶性有机物、无机物在雨水、地表水或地下水的浸入过程中溶解的污染物；垃圾通过生物、化学、物理作用产生的可溶性的污染物；覆土和周围土壤渗入的可溶性污染物。

垃圾渗滤液的组成受垃圾成分、气候、水文地质、垃圾填埋时间和填埋方式等因素的影响，垃圾渗滤液主要有以下几个特征：（1）渗滤液水质水量随时间变化大。（2）渗滤液成份复杂。一般而言渗滤液中的有机物可分为三类：低分子量的脂肪酸类、腐殖质类高分子的碳水化合物及中等分子量的灰黄霉酸类物质。（3）COD浓度很高。随着填埋时间的延长，BOD/COD 值降低甚至低于0.1，说明稳定期和老龄渗滤液的可生化性较差。（4）氨氮含量高。（5）金属离子含量高。（6）色度高，有臭味。2 选择垃圾渗滤液处理工艺的原则

根据进水水质特点、排放标准要求、渗滤液处理的规模，结合当地自然和社会经济等条件综合分析确定，选择垃圾渗滤液处理工艺的原则如下：（1）处理工艺确保出水稳定并达到设计排放标准，处理技术先进、可靠；（2）工程运行费用低，管理、维修方便，运转自动化程度较高；（3）可根据进水水量、水质灵活调整运行方式和参数，最大限度地发挥处理装置和构筑物的处理能力。

借鉴和参考国内外先进技术和经验，结合当地的实际情况，选择切实可行的处理工艺，保障垃圾渗滤液处理处理系统的正常、稳定运行。

3 柳州市垃圾渗滤液处理实例

柳州市生活垃圾渗滤液处理厂设计处理量600m3/d，设计进水指标CODcr 3000-8000mg/L、BOD5 1000-3000mg/L、氨氮1200-2500 mg/L、总氮1400-3000mg/L，采用水质均化+膜生物反应器（MBR）+纳滤（NF）+反渗透（RO）的组合工艺， 将生化和膜处理相结合，能将渗滤液中的污染物质分解，减少污染物的总量，同时具备脱氮除磷功能，可以处理不同“场龄”生活垃圾填埋场产生的渗滤液。出水指标执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）表二排放要求。

3.1 预处理系统

垃圾卫生填埋场产生的渗滤液汇入调节池中，渗滤液经提升后经篮式过滤器进入水质均化罐，水质均化罐起到调节进水水质，平衡渗滤液中营养物，提高渗滤液的可生化性的作用。

3.2 MBR系统

“反硝化（A）-硝化（O）-超滤（UF）”称为膜生物反应器（MBR）。垃圾渗滤液含有较高的有机污染物，选择工艺时既要考虑COD和BOD5的去除，又要强化氨氮和总氮的去除。MBR及其组合工艺的主要特点：①出水水质稳定，由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池；系统内能够维持较高的微生物浓度，提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证良好的出水水质。②剩余污泥产量少，该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用。③可去除氨氮及难降解有机物，由于微生物被完全截流在生物反应器内，从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长，系统硝化效率得以提高。

该处理工艺选择外置管式超滤膜，超滤用于去除废水中大分子物质和颗粒。超滤截留大分子物质和微粒的机理是膜表面孔径机械筛分作用，膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用，还可以去除一些胶体颗粒和微生物细胞。外置式管式超滤膜具有运行稳定可靠，操作管理容易，易于膜清洗、更换等优点。

3.3 纳滤（NF）

纳滤采用螺旋式卷式膜，是以压力差为推动力，介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。它截留有机物的分子量大约为200-400左右，截留溶解性盐的能力为20-98%之间，对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液。

3.4 反渗透膜（RO）

反渗透技术（RO）是以压力为驱动力的膜分离技术，其基本原理以压力差为推动离，施加超过溶液渗透压的压力于半透膜，将浓溶液中的水压渗到膜的稀溶液一侧，而浓溶液则不断浓缩留在膜的另一侧，达到浓缩液分离的目的[3]。

RO处理系统不易受环境的影响，对反渗透影响较大的环境因素主要是压力、温度、进水水质。RO处理系统能去除无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等，保证出水达标。

膜分离在应用存在膜污染的问题，主要存在有无机污染、有机污染和微生物污染三种形式。由于污染物质在膜表面形成附着层或堵塞膜孔，从而导致膜通量减少、膜及膜孔结构发生变化[4]。当进水污染物浓度较高时，进水的渗透压就特别高，需要进水有较高的压力克服渗透压，才能实现物料分离，这导致能耗较高。

3.5 其他处理系统

本处理工艺中生化处理产生的剩余污泥经脱水后运至垃圾填埋库区填埋；各处理工艺中产生的臭气统一收集进行处理；反渗透产生的浓缩液收集至浓缩液池，最终回灌至垃圾填埋库区。

4 运行情况

该渗滤液处理工艺运行以来，各处理单元处理效果较好，出水指标CODcr 14.6mg/L、BOD5 6.3mg/L、氨氮0.76 mg/L、SS 3.4 mg/L，根据监测结果显示水质指标均满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）表二排放要求。

5 结束语

MBR+NR+RO法组合工艺处理垃圾填埋场渗滤液，克服了生化处理难以达标的缺点，出水效果较好，能达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）表二的排放要求，该处理工艺具有良好的稳定性、安全性和适应性。

【参考文献】

[1]张益，陶华.垃圾处理处置技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2002：8-9.

[2]曾中平.膜生物反应器+双膜法工艺在生活垃圾渗滤液处理中的应用[J].西南给排水，2009，31（2）：5-7.

超滤膜分离的基本原理范文第4篇

【关键词】城市污水；深度处理；工艺；特征

0.概述

据2012年中国环境公报显示，全国化学需氧量排放总量2423.7万吨，比上年下降3.05%；氨氮排放总量253.6万吨，比上年下降2.62%。新增城镇污水日处理能力1294万吨、城镇污水再生水日利用能力301万吨，315个造纸、印染企业新建化学氧化深度处理工艺和回用工程。

我国的水资源总量有限且人均水量偏低，由于我国幅员辽阔，水资源状况差异很大，是严重缺水的地区且水资源污染日益严重，因此水资源的深度处理后综合再利用就成为我国当前环境治理的主要工作。

1.污水深度处理工艺

污水深度处理（sewage depth processing）是指城市污水经一级、二级处理后，为了达到一定的回用水标准使污水作为水资源回用于生产或生活的进一步水处理过程。针对污水的原水水质和处理后的水质要求可进一步采用三级处理或多级处理工艺。常用于去除水中的微量COD和BOD有机污染物质、SS、氮、磷高浓度营养物质及盐类。

1.1物理化学法

物理化学方法是通过机械截流、化学沉淀、化学氧化、离子交换等原理将污染物从水中去除。

①机械截流。最简单的机械截流方法是过滤，单纯的过滤通常采用石英砂为滤料，对悬浮物及胶体有较好的去除，出水的浊度、SS通常较低，对COD及色度也有一定效果。

②化学沉淀。混凝沉淀工艺是污水深度处理中最常用的工艺，我国大多数污水厂在深度处理工艺中均采用此方法。向水中投加化学药剂，药剂水解后与污染物相互作用，通过混凝过程形成大颗粒絮体，通过沉淀或气浮得到分离。混凝沉淀工艺经济、成熟，但处理效果受水质改变影响较大，且对水质要求较高时，该工艺则无法满足处理效果。

③化学氧化。化学氧化是各种高级氧化技术的基础，它是使用化学氧化剂将污染物氧化成微毒、无害的物质或转化成易处理的形态。常用的化学氧化剂包括H2O2、O3、ClO2、K2MnO4、K2FeO4等。

④离子交换。离子交换树脂已在不同领域广泛应用。离子交换法是利用树脂的特点将水中的污染物质通过氢离子或氢氧根离子的交换吸附在树脂上，达到对污染物的去除目的。

1.2生物方法

利用微生物自身可对有机物、含氮化合物、含磷化合物等物质进行分解吸收来产生能量及营养物质的特性，培养出某些特定的微生物，利用它们的这种特点处理污水中的污染物质，达到对水质净化的目的。生物处理法一般运行费用较低，生物培养驯化成熟后，通常无需人工强化，在其自身生长的过程中就可将水中的污染物质去除，流程简单、易于管理。生物处理法包括好氧处理和厌氧处理两大类。

1.3物理化学与生物组合方法

由于污水厂生物二级出水中有的污染物含量仍然很高、成分也比较复杂，因此在深度处理的过程中，无论是单独物化法，还是单独生物法都很难使出水达到国家回用水标准，一般单独工艺受冲击负荷能力差，有时为了使出水水质提高，成本甚至会增加几倍。组合工艺则不仅可充分利用各工艺自身的优点，而且能发挥不同工艺协同合作，达到处理目的，可节省运行成本。

混凝沉淀工艺与曝气生物滤池工艺组合，在混凝沉淀阶段可将SS、有机物去除一部分，减少了SS对曝气生物滤池的堵塞，提高反冲洗周期时间，减低滤池的负荷，增加滤池的工作效率，改善出水水质，并且由于两极屏障，混凝沉淀无需将污水直接处理达标，可减少混凝剂的投量节省药剂费用。氧化工艺与曝气生物滤池工艺组合，前阶段工艺利用氧化性强的氧化剂改善水质的结构，将不利于生物利用的大分子有机物转化为有利于生物利用的小分子有机物，有助于加强下一阶段的生物处理，处理的效果和运行成本远优于两种工艺单独处理之和。

1.4曝气生物滤池技术

曝气生物滤池工艺（简称BAF）是第三代污水处理生物膜反应器，它充分发挥了生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，不仅具有生物膜技术优势，同时也起着有效的空间滤池作用。曝气生物滤池的基本原理是在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内的去除。

曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤的设计原理，省去了二次沉淀设备。BAF存在的主要问题如下所示：①曝气生物滤池对进水悬浮物要求较高，最好控制在60mg/1以下，这样对曝气生物滤池前的处理工艺提出较高要求。②曝气生物滤池水头损失较大，由于停留时间短，硝化不充分，产泥量较大，污泥稳定性较差，进一步处理困难。③除磷效果一般，需加化学除磷。④缺少选择性能高、成本低的滤料，没有统一的滤料标准体系。

1.5电吸附技术

目前生产中对于污水的处理大量采用炭材料吸附来进行重金属离子、有机污染物和有色物质的脱除，应用的主要有活性炭，包括粒状活性炭和纤维状活性炭。尽管活性炭等在吸附去除水中和气流中的污染物应用方面有很多优势，但也存在一定的缺点。

电吸附的优势为：①可吸附去除难生物降解的有机物质。②净化程度好，可用于处理稀溶液体系。③能耗小，操作成本低。因此电吸附技术在城市污水处理和水的深度净化、有机物的分离和回收、吸附剂的再生等方面有着良好的应用前景。

1.6膜分离法

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离都采用错流过滤方式。

膜分离法的主要特点是无相变，能耗低，装置规模根据处理量的要求可大可小，而且设备简单，操作方便安全，启动快，运行可靠性高，不污染环境，投资少，用途广等优点。在常温和低压下进行分离与浓缩，因而能耗低，从而使设备的运行费用低。设备体积小、结构简单，故投资费用低。膜分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理。

2.结语

城市污水资源化可以节约用水，提高水利用效率，保护环境和生态的平衡。将城市污水作为第二水源开发利用，是解决水资源短缺的有效措施，是具有经济可行性的。据专家测算，城市污水回用比远距离引水更经济。对于企业，污水回用不仅节约了宝贵的水资源，而且还节约了排污费用。因此城市污水深度处理后综合利用既有经济效益，又兼具社会效益，符合我国可持续发展战略要求，是应该大力推广的技术。

【参考文献】

[1]倪玖欣.我国现阶段城市污水深度处理工艺及回用的意义[J].山西建筑，2013，39（28）.

[2]顾国莲.生活污水深度处理工艺低成本运行措施的应用[J].大众科技，2013，15（170）.